식이 단백질 수준 및 tryptophan 투여가 두뇌 serotonin 대사에 미치는 영향

Abstract

본 논문에서는 식이 단백질 수준의 변화와 tryptophan의 경구투여를 통해 두뇌 serotonin 대사에 영향을 미칠 수 있는지 알아보기 위해 두편의 동물 실험연구와 대학생을 대상으로 조사연구를 실시하였으며, 우울증 환자를 대상으로 사례연구를 시행하였다. 각 연구의 목적과 결과는 다음과 같았다. 첫번째 동물 실험연구는 Sprague-Dawley 종 흰쥐에게 6% casein 식이와 20% casein 식이를 섭취시키면서 reserpine을 투여하였을 때 흰쥐의 혈청 tryptophan 및 중성 아미노산 농도와 tryptophan/LNAA 농도비율, 두뇌 tryptophan, serotonin 및 5-hydroxyindoleacetic acid(5-HIAA) 수준이 낮아지는지 보았다. 혈청내 tryptophan 농도, 두뇌 tryptophan 및 serotonin 함량은 식이 단백질 섭취 수준에 따라 유의적인 차이를 보여 6% casein 식이군이 20% casein 식이군보다 낮았다. 혈청 tryptophan/LNAA 농도비율과 두뇌 5-HIAA 함량도 비슷한 경향을 보였지만 유의적인 차이는 아니었다. 두뇌 serotonin 수준을 감소시켜 유사우울증을 유발시키기 위한 목적으로 reserpine을 투여했을 때 6% casein 식이군과 20% casein 식이군에서 혈청 tryptophan 및 중성 아미노산 농도와 두뇌 tryptophan 및 serotonin 함량이 유의적으로 감소하였다. 이러한 결과로부터 식이 단백질 섭취 수준이 낮을 대 혈청과 두뇌 tryptophan 및 serotonin 수준이 낮아졌음을 볼 수 있었다. 두번째 동물 실험 연구에서는 reserpine 투여로 두뇌 serotonin 함량이 낮아진 흰쥐에게 tryptophan을 경구 투여하여 혈액 tryptophan과 tryptophan/LNAA 농도비율, 두뇌 tryptophan, serotonin 및 5-HIAA 수준 변화를 살펴 보았다. 혈청 tryptophan 농도는 tryptophan을 투여했을 때 6% casein 식이군과 20% casein 식이군에서 모두 증가하는 경향을 보였으며 특히 6% casein 식이군에서 그러한 경향이 높았다. 혈청 tryptophan/LNAA 농도비율은 tryptophan을 투여했을 대 6% casein 식이군에서 높았던 반면, 20% casein 식이군에서 낮은 경향을 보였다. 그러나 두뇌 tryptophan 함량은 6%와 20% casein 식이군에서 모두 증가하였다. 두뇌 serotonin 함량은 6% casein 식이군에서 감소하는 경향을 보였으나 20% casein 식이군에서는 유의적인 증가를 하였다. 결과적으로 reserpine 투여에 의해 감소된 흰쥐의 두뇌 tryptophan과 serotonin 함량을 증가시키기 위한 tryptophan의 효과는 20% casein 식이군에서 우수하게 나타났다. 따라서 식이 단백질 및 tryptophan 섭취는 두뇌 serotonin 수준을 높힐 수 있음을 확인하였다. 그러나 실험 동물에서 유도된 두뇌 serotonin 대사 변화가 사람에서 보이는 우울증과 같은 정서 변화를 유도하는지 확인할 수 없으므로 사람을 대상으로 식이 단백질 수준과 우울 경향과는 관계를 확인하고자 하였다. 현재 대학에 재학중인 남녀 학생을 대상으로 Beck의 우울 척도 검사(Beck Depression Inventory)를 실시한 뒤 그 점수에 의해 우울 경향이 높은 집단과 낮은 집단으로 분류하여 이들의 영양소 섭취 실태와 수면 시간 및 수면 불만족도를 비교해 보았다. 우울 경향이 높은 집단의 영양소 섭취는 우울 경향이 낮은 집단에 비해 대체로 낮은 편이었다. 여학생들의 경우에 그러한 경향이 더 현저하였으며, 우울 경향이 높은 집단에서 단백질을 비롯한 칼슘, 철분 등 무기질과 비타민 B1, 나이아신 같은 동물성 식품으로부터 얻을 수 있는 영양소 섭취가 유의적으로 낮았다. 그러나 남학생들의 경우에는 우울 경향이 높은 집단에서 열량과 탄수화물의 섭취가 유의적으로 낮았다. 남녀 학생 모두 우울경향이 높은 집단과 낮은 집단간에 수면시간의 차이는 없었으나 수면 후 만족하지 못하는 정도는 우울 경향이 높은 집단에서 높았다. 우울증 환자에게 tryptophan을 투여하여 우울 증세가 회복되는지 확인해 보고자 사례연구를 하였다. 심한 단극성 우울증으로 입원한 두 명의 여자 환자에게 1일 8g의 tryptophan 투여로, Hamilton 우울 척도로 진단한 결과, 우울 증세가 현저하게 완화되어졌으며 수면시간이 증가하였다. 본 연구의 결과, 실험 동물에서 식이 단백질 수준이 낮을수록 두뇌 serotonin 함량이 적은 경향을 볼 수 있었으며, 식이 단백질 수준이 높을수록 투여한 tryptophan이 두뇌 serotonin을 증가시키는 효과가 좋았다. 또한 대학생을 대상으로 행한 조사연구에서 특히 여학생의 경우에 우울 경향이 높을수록 단백질 섭취를 비롯한 동물성 식품에서 얻을 수 있는 영양소의 섭취 상태가 나빴다. 그리고 우울증 환자에게 tryptophan을 투여하여 우울증세가 회복됨을 확인하였다. 이러한 결과들은 식이 단백질 섭취 수준이 낮아서 두뇌 tryptophan 및 serotonin 수준이 낮아지면 우울증에 걸릴 경향이 높아지며 단백질 또는 tryptophan 섭취는 두뇌 serotonin 수준을 높혀 우울증을 회복시킬 수 있다는 가설에 부합하였다. 따라서 식이 성분을 변화시켜 두뇌 기능, 특히 정서와 관련된 행위의 변화를 유도할 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다. 신경 전달물질과 연관된 영양소와 두뇌 기능과의 관계 연구는 육체와 정신의 관계를 이해하는데 보다 가까이 접근할 수 있다는 관점에서 계속 연구해 볼 가치가 있다고 여겨진다. ; This study was designed to confirm the effect of dietary protein level and oral administration of tryptophan on brain serotonin metabolism. Two animal experiments, and a survey on college students and two case studies on depressed patients were conducted. The objectives and results of each research were as follows: In the first animal experiment, it was investigated whether administration of reserpine to Sprague-Dawley rats fed 6% or 20% casein diet showed decrease in serum tryptophan and large neutral amino acid(LNAA) concentrations, tryptophan/LNAA concentration ratio, brain tryptophan, serotonin and 5-hydroxyindoleacetic acid(5-HIAA) contents. Serum tryptophan concentration and brain tryptophan and serotonin contents of 6% casein diet group was lower than those of 20% casein diet group. Both 6% and 20% casein diet groups administered with reserpine to induce the analogous depression, showed the notable decrease in serum tryptophan and LNAA concentrations, brain tryptophan and serotonin contents when they were compared with 20% casein diet group not administered with reserpine. Serum tryptophan/LNAA ratio and brain 5-HIAA content showed a tendency similar to the change of serotonin content, but the mean difference among all groups was not significant. From these results, it could be said that when the dietary protein level was low, serum and brain tryptophan levels and brain serotonin content was decreased. The second animal experiment was to see the change in serum tryptophan concentration and tryptophan/LNAA ratio and brain tryptophan, serotonin and 5-HIAA contents when tryptophan was administered orally to the animals treated with reserpine. Serum tryptophan concentration tended to increase on both 6% and 20% casein diet groups administered with tryptophan, especially in the 6% casein diet group. Serum tryptophan/LNAA concentration ratio tended to increase in 6% casein diet group, while decrease in 20% casein diet group. Brain tryptophan content was increased in both 6% and 20% casein diet groups. However, brain serotonin content of 6% casein diet group showed a tendency to decrease, while that of 20% casein group increase of brain tryptophan and serotonin contents in animals treated with reserpine was far more excellent in 20% casein diet group. It was concluded that dietary protein intake and tryptophan administration increase brain serotonin level. Since was impossible to confirm whether the change of brain serotonin metabolism in animals induced an affective disorder like depression in human, a survey was made on male and female college students to understand relationship dietary protein with depressiveness. The Beck Depression Inventory(BDI) and nutritional status assessment was carried. Based on the BDI scores, the students were classified into two groups: the depressive and not-depressive. And the nutritional status including protein and sleeping condition were compared between two groups. Nutrient intakes of depressive group, expecially protein, Ca, Fe, Vit. B1 and niacin were lower than those of the not-depressive group. Such tendency was more notable in female students. In male students calorie and carbohydrate intakes of the depressive group were lower than those of the not-depressive group, and the degree of dissatisfaction after sleep in depressive group was higher. Two case studies were made to confirm recovery from depression by the oral administration of tryptophan to the depressive patients. Eight gram tryptophan was administered daily to the two female patients with severe major depression. The signs of two patients, diagnosed by Hamiton’s depression scale score was alleviated and sleeping hour was increaed. Above results are consistent with the hypdthesis that, when the dietary protein level is low, brin tryptophan and serotonin levels are lowered and the tendency of depression becomes high, and that protein intake and tryptophan administration play roles to recover from the depression by increasing brain serotonin level. Accordingly, it was possible to confirm that brain function, particularly in aspect of behavior related to the emotion, was changed with manipulation of dietary composition. A continuous research on effect of the nutrient intakes, the precursor of neurotransmitter, on the brain function is needed for further understanding of the relationship between the body and the mind.